JP3109091B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、配線と基板表面との間にバリアメタルが設
けられた半導体装置の製造方法に関する。
[従来の技術] 第2図(a)乃至(d)は従来の半導体装置の製造方
法を工程順に示す断面図である。
先ず、第2図(a)に示すように、シリコン基板20の
表面にN+拡散領域21等を形成し、この基板20上に層間絶
縁膜22を形成する。そして、この層間絶縁膜22に、その
表面から拡散領域21に到達するコンタクト孔23を選択的
に形成する。
次に、第2図(b)に示すように、スパッタ法によ
り、全面にチタン(Ti)膜24を形成する。その後、Ar及
びN2の混合ガスを使用した反応性スパッタ法により、全
面に窒化チタン(TiN)膜25を形成する。
次に、窒素又はアンモニア雰囲気中において、600乃
至700℃の温度で熱処理を行う。これにより、第2図
(c)に示すように、拡散領域21と接触している部分の
チタン膜24がこの拡散領域21のシリコンと反応して、チ
タンシリサイド膜26が形成される。
次いで、第2図(d)に示すように、Cuを含有するア
ルミニウム膜27を全面に形成する。その後、周知の微細
加工技術により、アルミニウム膜27、窒化チタン膜25及
びチタン膜24をパターニングして所定の配線を得る。こ
のようにして、アルミニウム膜27と拡散領域21との間に
バリアメタルが設けられた半導体装置が完成する。
上述した従来の半導体装置の製造方法において、例え
ば、第2図(b)に示す工程において、Ar及びN2の混合
ガスを使用した反応性スパッタ法に替えて、純N2ガスを
使用した反応性スパッタ法により窒化チタン膜25を形成
すると、得られる窒化チタン膜25は固くなり、後工程に
おける熱処理の際に、この窒化チタン膜25にクラックが
発生しやすくなる。これを回避するために、前述の如
く、窒化チタン膜25は、N2及びArガスの混合ガスを使用
した反応性スパッタ法により形成している。
また、上述の如く、窒化チタン膜25形成後に窒素又は
アンモニア雰囲気で熱処理を行なうことにより、第2図
(c)に示すように、窒化チタン膜25と拡散領域21との
間にチタンシリサイド膜26を形成でき、このチタンシリ
サイド膜26により、アルミニウム膜27と拡散領域21との
間に安定したコンタクト抵抗を得ることができる。この
熱処理には、以下に示す作用もある、即ち、Ar及びN2
混合ガスを使用した反応性スパッタ法により形成した窒
化チタン膜25には未反応のチタンが含有されている。窒
素又はアンモニア雰囲気中で熱処理を行なうことにより
この未反応のチタンが窒化されるため、窒化チタン膜25
の耐熱性が向上する。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、上述した従来の半導体装置の製造方法
において、例えば第3図(a)にその断面を示すよう
に、コンタクト孔23が垂直の壁面を有する形状である
か、又は第3図(b)にその断面を示すように、コンタ
クト孔上部の開口幅に比して底部の幅が広い形状である
場合は、チタンシリサイド膜26形成時の熱処理により、
窒化チタン膜25にクラックが発生しやすく、バリアメタ
ルの耐熱性が低いという問題点がある。
この原因としては、チタンシリサイド膜26形成時の熱
処理により窒化チタン膜25が収縮し、これによりコンタ
クト孔23の底部のエッジ部分にストレスが集中するため
と考えられる。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、コンタクト孔の形状に拘らず窒化チタン膜にクラッ
クが発生することを回避でき、耐熱性が高いバリアメタ
ルを備えた半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上
に絶縁膜を形成する工程と、この絶縁膜の表面から前記
基板の表面に到達するコンタクト孔を形成する工程と、
窒化されていないチタンを含有する窒化チタン膜を全面
に形成する工程と、窒素ガス、アンモニアガス並びに窒
素ガス及びアンモニアガスの混合ガスからなる群から選
択されたいずれか1種のガスの雰囲気中において熱処理
を施し前記窒化されていないチタンを含有する窒化チタ
ン膜を窒化すると共に前記基板の表面にチタンシリサイ
ド膜を形成する工程と、しかる後、窒素ガスのみを使用
した反応性スパッタ法により全面に窒化チタン膜を形成
する工程とを有することを特徴とする。
[作用] 本発明においては、先ず、半導体基板上の絶縁膜にコ
ンタクト孔を形成した後、全面に窒化されていないチタ
ンを含有する窒化チタン膜を形成する。次に、窒素ガ
ス、アンモニアガス又はこの両者の混合ガスの雰囲気中
において、熱処理を施す。これにより、窒化チタン膜中
のチタンと半導体基板とが反応して、基板表面にチタン
シリサイド膜が形成される。このチタンシリサイド膜に
より、安定したコンタクト抵抗を得ることができる。ま
た、この熱処理により、窒化チタン膜中のチタンは窒化
され、窒化チタン膜が形成される。
次いで、窒素ガスを使用した反応性スパッタ法によ
り、全面に窒化チタン膜を形成する。この場合に、純度
が高い窒素ガスを使用すると、未反応のチタンが極めて
少ない窒化チタン膜を得ることができる。従って、この
窒化チタン膜形成時に使用する窒素ガスは、高純度のも
のが好ましい。
本発明においては、このようにしてバリアメタルを形
成する。従って、窒化チタン膜を形成した後には熱処理
を施す工程がなく、窒化チタン膜にクラックが発生する
ことを回避することができる。これにより、耐熱性が優
れたバリアメタルを備えた半導体装置を製造することが
できる。
[実施例] 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して
説明する。
第1図(a)乃至(f)は本発明の第1の実施例に係
る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
先ず、第1図(a)に示すように、P型シリコン基板
10の表面にN型不純物を選択的にイオン注入した後、熱
処理を施して、N+拡散領域11を形成する。次に、CVD
(気相成長)法を使用して、全面に層間絶縁膜12を形成
する。その後、通常のリソグラフィ技術及び微細加工技
術を使用して、この絶縁膜12にコンタクト孔13を選択的
に形成する。
次に、第1図(b)に示すように、DCマグネトロンス
パッタ装置を使用し、チタンターゲットをArプラズマで
スパッタすることにより、全面にチタン膜14を例えば50
0Åの厚さで形成する。
次に、ランプアニール装置を使用し、アンモニアガス
雰囲気中において、700℃の温度で熱処理を施す。これ
により、第1図(c)に示すように、コンタクト孔13の
底部の拡散領域11上には、窒化チタン膜及びチタンシリ
サイド膜の2層の膜からなる窒化チタン/チタンシリサ
イド膜16が得られる。この場合に、下層(拡散領域11
側)がチタンシリサイド膜であり、上層が窒化チタン膜
である。なお、ランプアニール装置は、基板導入時に装
置内に侵入した外気を短時間で排出することができると
いう長所がある。
次に、第1図(d)に示すように、DCマグネトロンス
パッタ装置を使用し、チタンターゲットをN2プラズマで
スパッタすることにより、全面に窒化チタン膜17を例え
ば1000Åの厚さで形成する。
次に、第1図(e)に示すように、DCマグネトロンス
パッタ装置を使用し、Siを1重量%及びCuを0.5重量%
含有するAl合金ターゲットをArプラズマでスパッタする
ことにより、全面にアルミニウム膜18を例えば9000Åの
厚さで形成する。
次いで、第1図(f)に示すように、通常のリソグラ
フィ技術及び微細加工技術を使用して、アルミニウム膜
18、窒化チタン膜17及び窒化チタン膜15を所定の形状に
パターニングする。このようにして、半導体装置が完成
する。
本実施例においては、チタン膜14を形成した後、アン
モニア雰囲気中において熱処理を施す。これにより、コ
ンタクト孔13の底部の拡散領域11上に窒化チタン膜及び
チタンシリサイド膜からなる窒化チタン/チタンシリサ
イド膜16が形成される。従って、この窒化チタン/チタ
ンシリサイド膜16によりコンタクト抵抗の安定化が図れ
ると共に、耐熱性が優れた窒化チタン膜が得られる。ま
た、本実施例方法においては、窒化チタン膜15,17を形
成した後、熱処理を施す工程がない。従って、窒化チタ
ン膜15,17にクラックが発生することを回避でき、耐熱
性が高いバリアメタルを得ることができる。
上述した実施例方法及び従来方法により、6インチウ
ェーハにN+/P接合を有する耐熱評価用TEG(Test Elemen
t Group)を夫々100チップづつ製造し、拡散領域の破壊
を拡散領域リーク電流の増大の有無により調べて、チッ
プの耐熱性を評価した。なお、コンタクト孔の形状は第
3図(a)に示すように、基板表面に対して垂直な壁面
を有する形状とした。その結果、従来法方法により製造
したチップの良品率は80%であったのに対し、本実施例
方法により製造したチップの良品率は100%であった。
この結果から明らかなように、本実施例方法により、極
めて耐熱性が優れたバリアメタルを得ることができる。
次に、本発明の第2の実施例について説明する。
本実施例が第1の実施例と異なる点はチタン膜14に替
えて窒化されていないチタンの含有率が高い窒化チタン
膜を形成することにあり、その他の工程は第1の実施例
と同様であるため、相違点についてのみ説明する。
本実施例においては、第1の実施例方法における第1
図(b)に示す工程において、チタン膜14に替えて、未
窒化チタンの含有率が高い窒化チタン膜を形成する。こ
の窒化チタン膜は、DCマグネトロンスパッタ装置を使用
し、未窒化チタン含有率が高い窒化チタンをターゲット
として、Arプラズマによりスパッタして形成することが
できる。このように未窒化チタン含有率が高い窒化チタ
ン膜を使用してバリアメタルを形成すると、チタン膜を
使用した第1の実施例に比して、以下に示す利点があ
る。
このチタン窒化膜を形成した後の熱処理において、拡
散領域11と窒化チタン膜中に含有されたチタンとの反応
により形成されるチタンシリサイド膜の膜厚が第1の実
施例の場合に比して薄くなる。このため、拡散領域11が
浅接合の場合も、チタンシリサイド膜に起因する接合破
壊を回避できる。また、この熱処理において、この窒化
チタン膜中の未窒化チタンが窒化され、その結果、窒化
チタン膜の総厚が第1の実施例に比して厚くなる。これ
により、バリアメタルの耐熱性がより一層向上する。
[発明の効果] 以上説明したように本発明によれば、窒化チタン膜を
形成した後に熱処理を施す工程がないから、コンタクト
孔の形状に拘らず、窒化チタン膜にクラックが発生する
ことを回避でき、耐熱性が優れたバリアメタルを備えた
半導体装置を製造することができる。また、コンタクト
孔の底部における基板表面にはチタンシリサイド膜が形
成されるから、安定したコンタクト抵抗を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)乃至(f)は本発明の第1の実施例に係る
半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図、第2図
(a)乃至(d)は従来の半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図、第3図(a)及び(b)はいずれも従
来の問題点を示す模式的断面図である。 10,20;シリコン基板、11,21;N+拡散領域、12,22;層間絶
縁膜、13,23;コンタクト孔、14,24;チタン膜、15,17,2
5;窒化チタン膜、16;窒化チタン/チタンシリサイド
膜、18,27;アルミニウム膜、26;チタンシリサイド膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−154332(JP,A) 特開 平3−16178(JP,A) 特開 平2−133964(JP,A) 特開 平2−119129(JP,A) 特開 平2−79433(JP,A) 特開 平2−5521(JP,A) 特開 平1−235334(JP,A) 特開 平1−218017(JP,A) 特開 平1−144625(JP,A) 特開 昭63−260128(JP,A) 特開 昭63−12132(JP,A) 特開 昭62−259469(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/285 301 H01L 21/3205 H01L 21/768

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
    この絶縁膜の表面から前記基板の表面に到達するコンタ
    クト孔を形成する工程と、窒化されていないチタンを含
    有する窒化チタン膜を全面に形成する工程と、窒素ガ
    ス、アンモニアガス並びに窒素ガス及びアンモニアガス
    の混合ガスからなる群から選択されたいずれか1種のガ
    スの雰囲気中において熱処理を施し前記窒化されていな
    いチタンを含有する窒化チタン膜を窒化すると共に前記
    基板の表面にチタンシリサイド膜を形成する工程と、し
    かる後、窒素ガスのみを使用した反応性スパッタ法によ
    り全面に窒化チタン膜を形成する工程とを有することを
    特徴とする半導体装置の製造方法。
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